세포 분화

수정란 하나가 분열해 신경 세포, 근육 세포, 적혈구가 됩니다. 이 세포들은 모양도 하는 일도 완전히 다르지만, 유전체는 수정란의 것과 똑같습니다. 그렇다면 차이는 어디서 올까요? 바로 유전자 발현 조절입니다. 분화란 유전자를 잃거나 얻는 일이 아니라, 유전자 발현의 조합을 세포마다 다르게 고정하는 일입니다.

분화의 방향은 크게 두 가지 신호로 정해집니다. 하나는 난자의 세포질에 원래부터 고르지 않게 들어 있던 조절 물질입니다. 세포가 분열할 때 이 물질이 딸세포에 다르게 나뉘어 들어가면, 같은 유전체를 가진 두 세포가 처음부터 다른 유전자를 켜기 시작합니다. 다른 하나는 이웃 세포가 보내는 신호입니다. 옆 세포가 보낸 물질이 특정 전사 인자를 활성화해 '너는 이쪽이 되어라'라고 방향을 정해 줍니다.

한번 방향이 정해지면 그 세포는 자기 정체성을 담당하는 조절 유전자를 켜고, 그 조절 단백질이 다시 아래쪽 유전자들을 무더기로 켭니다. 동시에 진핵세포 유전자 조절에서 본 것처럼 필요 없는 부위의 염색질은 닫혀 버립니다. 그래서 겉으로 아직 아무 변화가 없어 보이는 단계에서 이미 운명이 결정(예정)되어 있는 경우가 많고, 이 결정은 세포가 분열해도 딸세포로 이어집니다.

중요한 것은 이 과정이 원리상 되돌릴 수 있다는 점입니다. 분화된 세포에도 모든 유전자가 그대로 남아 있기 때문입니다. 다 자란 세포의 핵을, 핵을 제거한 난자에 넣으면 다시 개체 하나가 발생할 수 있다는 사실이 이를 보여 줍니다.